Penentuan Parameter Fisik dan Geometrik Selubung Bintang Be d Gugus NGC 663 Berdasarkan Polarisasi Intrinsiknya D.N. Dawanas", R. Hirata", C. Kunjaya", dan H.L. Malasan l) 1)Jurusan Astronomi, FMIPA, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Indonesia z) Department of Astronomy, Kyoto University, Kyoto, Japan Diterima tanggal 11 Mei 2001, disetujui untuk dipublikasikan 18 Juni 2001
Abstrak Enam bintang kelas B dan limabelas bintang kelas Be yang berada dalam gugus NGC 663 telah diamati polarisasi liniernya. Dari hasil fitting dengan kurva Serkowski diperoleh bahwa empat bintang kelas B berada dalam fase bintang Be dan dua bintang Be berada dalam fase bintang B. Sehingga bintang kelas B yang digunakan untuk menentukan polarisasi yang berasal dari materi antar bintang berjumlah empat buah dan bintang Be yang dianalisis berjumlah 16 buah dan satu bintang Be tidak dapat dianalisis karena datanya yang sangat jelek. Dari perbandingan sudut polarisasi yang diamati pada bintang-bintang Be dengan sudut polarisasi yang diamati pada bintang-bintang kelas B diperoleh bahwa sudut polarisasi bintang Be lebih tersebar. Keadaan ini menunjukkan bahwa polarisasi yang diamati pada bintang-bintang Be bukan hanya disebabkan oleh materi antar bintang saja, tetapi juga oleh polarisasi intrinsik bintang Be sendiri. Adanya sudut polarisasi yang besar dan yang kecil pada bintang-bintang Be dibandingkan dengan sudut polarisasi bintang B normal merefleksikan tersebarnya orientasi sumbu rotasi bintang-bintang Be dalam gugus tersebut. Keempat bintang kelas B selanjutnya digunakan untuk menentukan polarisasi yang berasal dari materi antar bintang dan hasilnya digunakan untuk menentukan polarisasi intrinsik keenambelas bintang Be dengan cara mengurangkan polarisasi yang diamati dengan polarisasi yang berasal dari materi antar bintang. Dari keenambelas bintang Be yang dianalisis, tiga belas bintang diantaranya dapat ditentukan parameter fisik dan geometrik selubungnya dengan cara membandingkannya dengan model silinder yang homogen dari Hirata (1983). Kata Kunci : Bintang Be, Polarisasi, NGC663 Abstract The linear polarization of six B stars and fifteen Be stars in NGC 663 has been observed. From fitting procedure with Serkowski 's curve we obtained that four B stars in the phase of Be stars, and six Be stars in the phase of B stars. Therefore the number of B stars which were used to determine the interstellar polarization are four and the Be stars which are analyzed are sixteen and one Be stars couldn't be analyzed because its data is bad. The comparison between the polarization angles of Be stars and those of B stars showed that the polarization angle of Be stars scatter much more, which can be attributed to the intrinsic polarization of Be stars. The existence of smaller and larger polarization angles in Be stars, when compared with those in B stars reflect the scatter in projected orientation of rotating axis of Be stars in this cluster. Furthermore, the four B stars were used to determine the interstellar polarization and the results were used to determine the intrinsic polarization of Be stars by subtracting their observed polarization with the interstellar polarization. From the sixteen Be stars, only thirteen stars which can '
67
70
JMS Vol. 6 No. 2, Oktober 2001
Tabel 1. Data bintang program di gugus NGC 663 dan Tnggal pengamatannya Bintang Tipe B No
No. Bintang
Tipe Spek.
Mag.
1
44
B6 lab
08.48
2 3
86 140
B8 lab B
4 5
144 210
B -
6
211
-
Bintang Tipe Be Tanggal No No. Pengamatan Bintang
Tipe Spek.
Mag.
Tanggal Pengamatan
Be Be
12.06 12.10
11-12-1993 11-12-1993
10.38 11.06
09-12-1993 12-12-1993 06-12-1993
29-11-1989
1
06
06-01-1991 06-01-1991
2 3
10 21
08.94
08-01-1991
4
30
Be Be
10.89 11.37
23-11-1992 23-11-1992
5 6
53 67
Be Be
11.50 12.60
12.10 11.34
08-01-1994 07-01-1994
7 8
107 110
Be
10.16
06-01-1994 06-01-1991
9
120
Be Be ?
10.09 10.89
29-11-1989 05-01-1991 08-01-1991
10
121
Be ?
13.44
11
141
B9Vne
10.66
08-01-1991 29-12-1991 03-02-1993 07-01-1994
12 13
170 194
Be
11.98
Be
11.33
07-12-1993 09-12-1993
14
222
15
297
Be Be
11.35 11.55
04-01-1994 07-01-1991
Sudut posisi polarisasi bintang Be tersebar mulai dari 94° sampai 107° sedangkan sudut posisi polarisasi bintang kelas B tersebar mulai dari 97° sampai 108°. Hal yang sama juga diamati pada bintang-bintang kelas B dan Be yang berada di gugus h Persei 18) dan 9). gugus x Persei l Adanya perbedaan distribusi sudut ini merupakan petunjuk bahwa polarisasi yang terjadi pada bintang-bintang Be bukan hanya disebabkan oleh materi antar bintang yang berada di latar depannya saja, tetapi juga berasal dari polarisasi intrinsik, yaitu polarisasi yang berasal dari bintangnya sendiri. Karena bintang Be dikenal mempunyai selubung di sekitar ekuatornya, maka polarisasi intrinsik tersebut dapat dipastikan berasal dari selubungnya. Dari penelitian terhadap polarisasi bintang-bintang B 19) dan Be di Gugus h Persei dan x Persei l8 ' didapatkan bahwa bintang kelas B yang sudut polarisasinya berada di ekstrim kiri atau kanan, pada saat pengamatan dilakukan, berada
JMS Vol. 6 No. 2, Oktober 2001
71
dalam fase Be, sedangkan bintang-binang Be yang sudut polarisasinya berada di tengahtengah distribusi sudut tersebut beberapa diantaranya berada dalam fase B. Untuk gugus NGC 663, bintang kelas B yang kemungkinan berada dalam fase Be adalah bintang No. 140 dan 144, hal ini tampak dari posisi sudut polarisasinya yang berada di ekstrim kanan (lihat Gambar 1)
Be Stars
297
B Stars 144
X 92,0
94,0
96,0
98,0
100,0
102,0
104,0
106,0
108,0
110,0
19 Gambar 1. Perbandingan distribusi sudut polarisasi bintang Be dengan bintang B normal yang berada di gugus NGC 663. Dari distribusi sudut polarisasi bintang-bintang Be ini dapat dilihat ada bintang yang sudut polarisasinya besar dan ada pula yang kecil. Perbedaan sudut polarisasi ini menunjukkan bahwa sumbu rotasi bintang-bintang Be tersebut berorientasi secara acak. Jika polarisasi bintang-bintang kelas B mumi berasal dari materi antar bintang (MAB), maka sudut posisi polarisasi dari bintang-bintang kelas B ini merupakan sudut posisi polarisasi MAR Oleh karena itu sudut posisi polarisasi MAB dapat diperoleh dengan merata-ratakan sudut posisi polarisasi bintang-bintang kelas B. 4. Polarisasi Materi Antar Bintang dan Polarisasi Intrinsik Pengamatan dengan polarimeter pada bintang-bintang akan memberikan besar dan sudut posisi polarisasi atau Pi dan 9i pada panjang gelombang Ai, i = 1, 2, 3, ......., Ni,. Beberapa pengamatan dimasa lalu
2,3,4)
menunjukkan bahwa polarisasi yang disebabkan
72
JMS Vol. 6 No. 2, Oktober 2001
oleh materi antar bintang, akan mengikuti suatu aturan yang dikenal dengan nama aturan empiris Serkowski yang dituliskan sebagai berikut
P
= Pmax
exp [ K In z
(Amax /A
(1)
A
P, adalah besarnya polarisasi materi antar bintang pada panjang gelombang dinyatakan dalam persen (%), Amax)
Pmax
A,
yang
adalah puncak polarisasi pada panjang gelombang
dan K adalah suatu konstanta. Harga konstanta K ini ben,,ariasi dari satu peneliti ke
peneliti lainnya, diantaranya ditumukan
K = 1,15`0,
K = (-0,10 ± 0,05) + (1,86
0,09) Amax '), dan K = (0,01 f 0,05) + (1,66 f 0,09) :tmax Z1) . Untuk bintang-bintang yang polarisasinya berasal dari kombinasi polarisasi materi antar bintang dan polarisasi intrinsik, besaran polarisasi yaitu
P
dan B; merupakan
penjumlahan dari kedua sumber polarisasi tersebut. Akan tetapi karena besaran polarisasi ini merupakan besaran vektor, maka penjumlahannya pun tidak sederhana. Guna mempermudah pemisahan kedua komponen polarisasi ini dapat digunakan parameter Stokes, yaitu, Q; = Pi cos(20i )
(2)
U; = Pi sin(20i )
(3)
Jika kita ingin mendapatkan kembali harga
P
dan Bl , maka persamaan (2) dan (3) dapat
diturunkan lagi menjadi persamaan berikut, P = QZ + U? B;
= 2 arctan(U; / Qi )
(4) (5)
Dengan menggunakan parameter Stokes ini, hubungan antara polarisasi yang berasal dari materi antar bintang dengan polarisasi intrinsik dapat dituliskan sebagai berikut, Qobs;
= Qs, + Q m;
Uobs; = U*; + Um;
Besaran Qobs, dan Uobs, adalah besaran polarisasi yang diamati, besaran Q„,. dan U„, adalah besaran polarisasi yang berasal dari materi antar bintang, sedangkan besaran Q, dan U,, adalah besaran polarisasi intrinsik.
73
JMS Vol. 6 No. 2, Oktober 2001
A. Polarisasi Materi Antar Bintang Polarisasi yang disebabkan oleh materi antar bintang (MAB) untuk gugus NGC 663 ditentukan dengan mem-fit-kan polarisasi hasil pengamatan dengan aturan Serkowski (Persamaan 1). Pen-fit-an ini diikutkan pada semua bintang bintang program, sehingga bisa ditentukan bintang-bintang kelas B mana yang sedang berada dalam fase Be dan bintang Be mana yang sedang berada dalam fase B. Hasil yang paling baik dari pen-fit-an ini diperoleh untuk harga K = 1.15 2). Dari 6 bintang kelas B yang di-fit-kan ternyata hanya dua bintang yang betul-betul fit dengan kurva Serkowski yaitu bintang nomor 44 dan 86, sedangkan yang lainnya yaitu nomor 140, 144, 210 dan 211 tidak fit dengan kurva Serkowski. Hal ini berarti bahwa bintang-bintang tersebut kemungkinan besar berada dalam fase Be, hal ini sesuai dengan perkiraan dari distribusi sudut polarisasinya seperti yang dibahas dalam bagian 3. Dari pen-fit-an untuk bintang-bintang Be diperoleh dua bintang yaitu bintang nomor 53 dan 222 yang fit dengan kurva Serkowski. Oleh karena itu kemungkinan besar kedua bintang ini sedang berada dalam fase B. Jadi bintang program yang termasuk bintang kelas B sekarang jumlahnya menjadi 4 bintang dan yang termasuk bintang Be menjadi 16 bintang. Bintang nomor 120 tidak diikutkan dalam analisis selanjutnya karena polarisasinya sangat keeil. Data polarisasi hasil pengamatan keenambelas bintang Be ini diperlihatkan dalam Gambar A-la sampai dengan A-16a (Lampiran A). Kedudukan. keempat bintang yang termasuk kelas B tersebar di dalam gugus, oleh karena itu keempat bintang B ini dapat digunakan untuk penentuan polarisasi yang berasal dari materi antar bintang (MAB). Dari hasil penentuan ini diperoleh bahwa harga Amax
Pmax
dan
untuk keempat bintang kelas B ini tidak jauh berbeda antara satu dengan yang
lainnya seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 2, oleh karena itu polarisasi MAB yang digunakan adalah rata-rata dari keempat bintang tersebut. Dari hasil perata-rataan ini, diperoleh polarisasi yang berasal dari MAB untuk gugus NGC 663 adalah sebagai berikut, Pmax Pmax
= 4.60 % dan dan
Amax
4ax
ini,
= 0.56 fcm. Dengan menggunakan persamaan (1) dan dari harga selanjutnya
dapat ditentukan harga Pi untuk setiap panjang
gelombang. Dari harga P; dan harga rata-rata B; untuk keempat bintang kelas B selanj utnya dapat ditentukan harga U; dan Qr untuk materi antar bintang dengan menggunakan persamaan (2) dan (3). Hasilnya diperlihatkan dalam Tabel 2.
74
JMS Vol. 6 No. 2, Oktober 2001
r
3.0
I
//
Rata-rata
2.5 2.0 0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
Wavelength (pm)
Gambar 2 : Polarisasi yang berasal dari MAB di gugus NGC 663. Rata-rata dari Polarisasi MAB mi berkesesuaian dengan Pma,, 4,60 / dan Amax - 0.56 ,um ~ 1:1
Tabel 2 : Besaran dan sudut polarisasi materi antar bintang Ai CUM)
Pmt
Bmt
Qmt
UM I
0,360 0,415
3.70
100.16
-3.47
100.16
0,455 0,531
4.17 4.39 4.58
-3.91 -4.12 -4.29
-1.28 -1.45
0,645
4.48
0,693 0,757
4.34 4.11
100.16
100.16 100.16 100.16 100.16
-1.52 -1.59
-4.20
-1.56
-4.07 -3.85
-1.51 -1.43
B. Polarisasi Intrinsik Bintang Be Polarisasi intrinsik bintang-bintang Be dapat ditentukan dengan cara mengurangi data pengamatan polarisasi bintang Be itu sendiri dengan polarisasi yang berasal dari materi antar bintang. Dalam penelitian ini, polarisasi yang berasal dari materi antar bintang ditentukan dari polarisasi bintang kelas B normal seperti yang dibahas dalam bagian A di atas. Oleh karena itu untuk menentukan polarisasi intrinsik bintang-bintang Be di Gugus NGC 663, data polarisasi pengamatan tinggal dikurangi oleh data polarisasi yang berasal dari materi antar bintang pada Tabel 2 dengan menggunakan persamaan (4) sampai (7).
a k`
